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1、先進感知發展概述伴隨著數字經濟蓬勃發展帶來的產業數字化浪潮，物聯網技術迎來快速發展期，2022年8月我國移動物聯網連接數首次超過移動電話用戶數，正式步入網絡連接“物超人”時代，物聯網市場向著千億級連接規模邁進?！叭f物智聯，感知為先”，感知技術是物聯網系統最為重要的底層數據來源及核心技術支撐。近年來，隨著千行百業感知需求的持續增長和感知場景的不斷細分，感知技術在以下領域的技術瓶頸凸顯，制約了產業進一步發展：一是垂直行業發展帶來新應用場景，感知設備需要拓展感知范圍、提高感知精度、增加可感范圍；二是物聯網終端空間有限，感知設備體積需要進一步壓縮；三是智能化發展需要傳感器集成通信、供能、校準、處理等更

2、多功能，提供更多服務；四是當前有線連接的傳感器由于施工難度高、布設拉線成本超高，應用受到制約。感知技術是多學科、多技術、多領域的融合體,產業鏈覆蓋材料、電子、通信、計算機軟硬件、機械、理論數學等領域。為滿足各類應用對感知能力的需求，近年來先進感知技術不斷發展，通過對機理、材料、工藝和算法等四個方面的技術創新持續拓展感知范圍，提升感知精度，優化感知效率。圖1 先進感知技術發展方向01感知新機理是指基于物理、化學、生物的基本效應，采用新的感知機理，提高傳感設備的感知范圍、靈敏度、精確度和響應速度等核心性能指標，以滿足不斷變化和發展的行業應用需求，近年來重要創新包括無源感知技術、通感一體技術及量子傳

3、感。感知新材料是指不同于傳統金屬材料以外的，可用于響應環境變化并傳遞電信號的新型材料，是傳感技術未來的重要發展方向之一，主要包括柔性傳感材料和觸覺傳感材料。感知新工藝是制作傳感器件實體的重要步驟，工藝的發展可以使技術創新不止停留在想法層面，而是完成工程化實現，目前業界主要關注智能微系統工藝及激光直寫共形制造工藝。隨著物聯網技術的不斷發展，應用場景不斷拓展，用戶對于傳感能力的要求越來越高，但傳感器硬件的開發周期較長，難以快速滿足市場需求。因此，各傳感器廠商逐漸從單純圍繞硬件競爭，進入到圍繞“算法+硬件”競爭的階段。感知新算法可用于提高傳感精度，或以原始數據為基礎實現新的感知能力，主要包括腦電傳感

4、算法和光纖傳感算法。在上述四類技術創新基礎上，先進感知將持續強化自身能力，向著微型化、集成化、無線化、智能化趨勢發展，以實現高精度、大量程、小體積、抗干擾、易部署等優質特性。02先進感知新機理無源感知通感一體量子傳感近年來，無源感知技術取得了顯著的進展及成效：一是與AI技術結合。在無源感知技術中，無線信號“特征成像”和“智能推理”是關鍵環節，其中“智能推理”需要根據“特征成像”輸出的多維特征實現分類、回歸等推理過程。傳統的建模推理方法由于泛化性的需求導致模型相對簡先進感知新技術及新應用在先進感知新機理方面，無源感知、量子傳感和通感一體是其中典型代表技術，在低空經濟、智慧城市、航空航天、智慧醫療

5、和生物醫學等領域具有極大應用價值。無源感知利用無源物聯免電源、易部署技術優勢，極大的地降低特定場景的感知成本，拓展感知廣度；量子傳感通過量子效應提高感知精度，具有非破壞性、實時性、高靈敏性、穩定性和多功能等優勢；通感一體通過將通信、感知和算力深度融合，提供更加泛在的定位感知服務。無源感知是一種不依賴傳統電源的傳感技術，通過解析無線信號的反射和散射，基于相位信息與傳輸距離和信號載波波長的關系，推斷出目標狀態變化，以實現周圍環境變化的細粒度感知1。無源感知技術按照部署方式分為綁定式感知和非綁定式感知，綁定式感知主要指無源標簽綁定在感知目標上，根據標簽的感知信息來推感知目標的位置變化、微狀態變化等信

6、息。非綁定式感知不對感知目標綁定任何標簽等設備，利用感知目標對標簽信號的反射影響，構建模型進行感知，減小了設備部署開銷。03先進感知新機理2.1 無源感知（1）無源感知新技術圖2 基于RFID的感知原理04單，難以用“模型驅動”的方式細致、有效地刻畫多維信號特征與最終輸出的分類結果之間的非線性關系。結合AI技術后，基于深度學習、強化學習等智能化手段實現“數據驅動”的推理過程，通過大量標記的感知數據實現精確、泛化、魯棒的泛在智能感知機制234。二是與新材料和新技術的結合。正交頻分復用（OFDM）、可見光通信（VLC）、氣敏材料等技術的應用，為無源感知技術帶來了新的發展方向。其中，OFDM技術通過

7、多載波傳輸特性，增強了RFID系統的傳感能力56，使得在不增加硬件成本的情況下，能夠并行收集多維度的傳感數據。VLC技術則利用照明設備進行數據傳輸7，為無源RFID標簽提供了新的通信方式，實現了可見光與RFID標簽之間的創新通信。此外，氣敏材料等環境敏感材料與RFID標簽的結合8，為環境狀態監測提供了一種低成本且高效的新方法。三是基于感知信噪比的粒度優化。感知信噪比（SSNR）作為衡量系統性能的核心指標，可引導技術優化，提升目標信號的識別精度并降低噪聲干擾9。此外，基于感知信噪比模型，無源感知技術將能夠拓展其應用范疇，包括物體姿態追蹤、人體微動作感知和生命體征監測等，同時在感知精度上實現從分米

8、級到厘米級甚至毫米級的躍升。由于無源感知不帶電源的特性，其極易受到環境的干擾，導致感知精度降無源感知技術廣泛應用在智慧康養、智慧醫療、航空航天、智慧城市等場景中。針對智慧康養場景，無源感知技術實現家庭場景下無感式的呼吸、心跳檢測，實時監測家庭成員的健康狀態，對異常情況及時告警。針對智慧醫療場景，無源感知實現輸液瓶液位的實時監測，解決了人工記錄效率低、時效性差等痛點問題，減少醫療事故的發生。針對航空航天場景，無源感知實現有效載荷運行狀態實時監測，提升載荷實時監控和故障處置效率。針對智慧城市場景，無源感知實現了地下管廊中人員的精準定位，提升城市生命線智能化管理水平，減少安全事故發生。傳統心跳和呼吸

9、的監測方法包括佩戴專門的可穿戴設備或者利用雷達、wifi等無線通感技術進行監測，存在可穿戴設備需要定期充電、無線信號無法區分多人身份等問題。無源感知通過在胸前部署標簽陣列濾除環境的噪聲，利用算法從信號中提取心跳和呼吸所對應的信號，再從信號中計算心率和呼吸頻率的具體值，從而實現對心跳和呼吸的無源感知。相較于可穿戴設備具有非侵入、非接觸、免充電的優勢；相較于基于雷達、wifi的通感融合技術相比，可支持多人同時檢測心跳和呼吸的“可標識”能力。（2）無源感知新場景典型場景A：智慧康養體征監測05低，并且感知對象單一，難以全面刻畫感知目標的狀態，無法實現泛化魯棒的目標感知。未來，為解決上述問題，無源感知

10、將呈現以下發展趨勢：一是利用多個標簽構成陣列來解決環境干擾問題，通過構造多條信道保證感知的魯棒穩定，消除環境因素的干擾；二是將無源感知與視覺等其他模態感知技術進行融合感知，實現優勢互補，提升感知魯棒性；三是提升單標簽性能，通過在標簽內嵌入低功耗傳感設備或者部件，提升感知維度。輸液時滴速監測精度要求高、人力開銷大，基于無源感知技術，通過內置無源標簽的滴速檢測裝置，自動、便捷實現滴速監測。其中一個標簽為感知標簽，用于捕捉液滴滴落帶來的信號變化，而另一個為參考標簽，用于感知外界環境的多徑干擾，基于信號差分的思想設計算法排除外界干擾、提取輸液液滴相關的信號，從而準確地計算輸液滴速。典型場景B：智慧醫療

11、滴速監測圖3 基于無源感知的呼吸、心跳監測圖4 基于RFID的輸液滴速監測系統DropMonitor1006空間站作為復雜的航天器系統，其運行管理涉及環境控制、能源管理、生命保障、科學實驗等多個方面。我國空間站科學實驗艙中部署有實驗柜、供電柜、流體回路設備等大量儀器設備，儀器狀態對于空間站平穩運行至關重要?？臻g站對電池有嚴格的管理要求，對無源化有強烈需求?；跓o源感知技術的智能微系統設備，通過非侵入式安裝，實現了對多種柜體有效載荷狀態、環境溫濕度的實時監測，發現異常能耗情況時，提前運維預警，填補了國內航空航天領域無源感知應用空白。典型場景C：航空航天空間站運維監測城市綜合地下管廊環境復雜、空間

12、狹窄，巡檢人員存在缺氧、高溫、有害氣體泄露等潛在危險，實時精準的人員定位有助于快速定位事故發生位置，及時開展救援。利用無源感知技術，在管廊內壁均勻部署無源感知標簽，巡檢人員經過標簽影響無線信號衰減和多徑效應，將接收端信號特征變化結合機器學習、多參數融合等AI技術，構建CSI信道分析模型，分析人員精準的位置信息，實現2米精度的人員定位。另外，在管廊內需要進行環境監測和能耗管理典型場景D：智慧城市地下管廊巡檢圖5 空間站中無源感知部署方案07的點位布放無源無線智能感知終端，即放即用，實現對溫度、濕度、能耗等感知數據的按需采集和自動化上報，解決了傳統傳感器需插線供電，移動性不足、或需內置電池，人工替

13、換成本高且繁瑣等問題。圖6 無源無線人員定位方案08402.5m管理平臺工卡簽隨著無線通信系統的不斷演進，未來6G將不僅具備連接萬物的通信能力，還將具有無所不在的感知能力，其核心通感一體(Integrated Sensing and Communica-tions,通感一體)是一種通過共享頻譜和硬件來實現通信和感知兩種功能的技術11,既可以實現對于無設備的目標檢測和追蹤，提供更加泛在的定位服務；又可以實現對于環境的感知，為構建數字世界提供海量數據支持。2.2 通感一體（1）通感一體新技術圖7 通感一體技術示意圖作為6G的關鍵技術，通感一體技術近年來在理論技術和應用技術方面取得階段性進展：在理論

14、技術方面，關于通感一體整體性能指標的研究引發了越來越多的關注，傳統無線通信基于信息論，而傳統無線感知基于估計理論的指標和極限，為了融合兩者，可以將通信指標替換成等效MSE或感知指標替換成信息估計速率，從而實現指標的融合。為解決替換后指標可靠性降低的問題，業界探索建立容量-失真函數，利用一定感知失真下的通信容量來表征通感一體系統的融合性能和理論極限。在應用技術方面，國內已面向5G-A演進對通感一體技術進行了大量的試驗和應用示范。通感一體基站可以為低空經濟提供有效的監管手段，通過全天候，無死角，高精度和低成本的感知能力，實現基于通信網絡的無人機的檢測定位和黑飛監控。此外，通感一體技術在陸地和水域的

15、場景上也進行了大量的測試驗證，可實現人、車和無人機等地空多目標同步精準感知。盡管近年來通感一體技術持續取得進展，但在組網干擾和分辨能力上仍面臨挑戰：在組網干擾上，在目前的小范圍組網測試中，由于基站感知工作態時的發射功率較高，低空探測時的仰角也較高，導致其對于周圍通信基站的干擾影響嚴重。此外，多基站協同感知時彼此干擾的消除也成為一大挑戰。在分辨能力上，基站受限于自身的孔徑大小，很難實現極高分辨率感知，導致目前感知應用大多都屬于檢測定位類。環境重構類的應用需要極高的分辨率，需要研發如何利用多基站資源甚至運動的用戶終端來構建協同感知模式，形成巨大的合成孔徑，實現高分辨率環境重構。09近幾年，3GPP

16、、ITU等標準組織對通感一體應用場景展開了深入的研究并發布了相應的研究成果121314，將場景分為三類：一是檢測、定位和跟蹤類，以檢測目標有無、感知目標位置和速度為基本檢測特征，包括無人機、車輛、船只、行人及動物等檢測跟蹤。二是動作監測，包括人體呼吸監測、運動監測（2）通感一體新場景面向低空經濟發展需求，利用信息通信基礎設施泛在特性，對無人機進行檢測管理，可有效提高監管效能，具體方案包括：一是無人機入侵檢測，支撐機場、政府、研究所、軍事區域、高鐵站等敏感區域的高級別管控要求。二是無人機路徑管理，綜合感知無人機位置、高度、航向、速度等信息，若發現與原計劃飛行軌跡不符，則引導回歸正確航跡；構建3D

17、地圖或障礙信息，當無人機接近障礙物（例如樓宇、山體），引導無人機調整飛行路線，避免碰撞；同一區域存在多個無人機時，根據各無人機的位置、高度、航向、速度等信息，預測其航跡，若預計無人機間將發生沖突，則給出沖突告警，此類技術廣泛應用于無人機物流快遞、電力巡檢、農業植保、設備檢測、森林火災監測等。典型場景A：低空經濟無人機（UAV）檢測姿勢識別等。三是環境監測，包括降雨監測、洪水監測、環境重構、微形變監測等。具體來看：10（a）無人機非法入侵檢測（b）無人機航線保護（c）無人機飛行軌跡跟蹤圖8 感知UAV四類典型用例（d）無人機防碰撞在智能交通場景中，隨著車輛智能化越來越高，需要車輛或網絡掌握更全面

18、的信息以便輔助自動駕駛。單車雷達或攝像頭識別具有感知范圍受限、感知盲區大、感知實時誤判大等缺點。利用移動通信網絡廣域覆蓋、組網能力強等特點，對車輛或行人進行較大區域的連續感知識別，為自動駕駛和交通管理提供輔助信息，包括車輛信息統計、行人穿高速公路檢測等。典型場景B：智能交通車輛和行人檢測（a）車輛信息統計圖9 車輛和行人檢測示意圖（b）行人檢測11我國是世界上地質災害最嚴重、受威脅人口最多的國家之一，同時擁有 7 萬余座露天礦山、9 萬座各類水庫、大量高鐵橋梁及超高層建筑，這些設施的安全監測關系國計民生。通感一體技術為這些設施的檢測提供了一個潛在方案15，通過長期監測設施的微小變化，觀測設施質

19、量、使用情況以及風險，保障設施安全，預防事故發生。典型場景C：設施微形變監測圖10 檢測橋梁微形變示意圖量子傳感是與量子通信、量子計算并列的三大量子力學技術之一，其利用量子力學原理中微觀粒子相干性、糾纏性、量子疊加等特性，實現對物理量的超高精度測量。不同于傳統傳感器，量子傳感器可以突破經典測量的統計極限，通過對微觀粒子量子態演化過程的操控進一步提高靈敏度，降低噪聲，從而在極小的物理變化中獲得可靠數據，提升測量精確度16。近年來，量子傳感在滿足高精度定位、計量和測量方面的需求中扮演了重要角色，例如水下或地下導航、非侵入式醫學成像、地質勘探及基礎科學研究等1718。當前，量子傳感已是量子技術中發展

20、成熟、應用廣泛的方向之一。近年來，量子傳感技術在時間基準、磁場感應和重力探測等多個領域取得了具體且明確的技術突破：一是量子原子鐘的發展。原子鐘在量子傳感的時間同步和高精度計時方面十分重要，研究團隊通過利用原子之間的光頻共振，改進了光頻梳和激光系統的穩定性。光頻原子鐘的頻率不確定性接近10-1810-20HZ20，這一精度遠高于傳統的微波原子鐘，使其在導航、深空探測和基礎物理實驗中被廣泛應用。例2.3 量子傳感（1）量子傳感新技術圖11 分立性(分立能級)、相干性(量子疊加態、糾纏態)、隨機性(量子噪聲）1912如，在GPS拒止環境下提供高精度導航定位信號服務，或是檢驗廣義相對論和引力紅移現象時

21、，這種高精度的計時基準為科學家提供了可靠的數據支持。圖12 微波原子鐘、光頻原子鐘及原子核鐘2113我國是世界上地質災害最嚴重、受威脅人口最多的國家之一，同時擁有7萬余座露天礦山、9萬座各類水庫、大量高鐵橋梁及超高層建筑，這些設施的安全監測關系國計民生。通感一體技術為這些設施的檢測提供了一個潛在方案15，通過長期監測設施的微小變化，觀測設施質量、使用情況以及風險，保障設施安全，預防事故發生。二是原子磁力儀的技術進展。原子磁力儀在近年來的技術改進使其在生物醫學領域的應用范圍顯著擴大，基于冷原子和金剛石NV色心的傳感器能夠在常溫下進行高精度的磁場檢測，避免了傳統磁力儀中對超導冷卻的依賴22。NV色

22、心磁力儀可以在檢測腦磁圖（MEG）和心磁圖（MCG）時提供毫米量級的空間分辨率和毫秒量級的時間分辨率，使得它在神經科學和心血管疾病的檢測中應用廣泛，特別是對微弱生物磁場信號的實時監測成為可能。三是量子重力傳感器的最新應用。量子重力儀近年來在地質勘探和資源監測中表現出更高的靈敏度，基于冷原子干涉的重力傳感器可以檢測到極小的重力變化，并用于監測地下資源和結構的變化，已經成功應用于地下礦藏的探測、地震前兆的監測等任務中。研究團隊通過改善傳感器的噪聲抑制能力和測量精度，使得這些設備能夠穩定運行更長時間，并提供更加精確的重力變化數量子傳感技術近年來的進步為多個實際場景帶來了變革性的應用。這些新興應用場景

23、涵蓋了從導航定位到環境監測、再到生物醫學等多個領域，在提升數據精度、延長傳感器運行時間以及降低操作復雜性等方面已經展示了獨特的價值。例如，量子慣性導航系統可在無衛星信號的情況下提供穩定的導航服務；原理磁力儀、重力儀等在遙感探測、基礎物理研究中引入了全新的測繪手段；量子磁力儀則用于非侵入式醫學成像，提供了更高精度的生物磁信號檢測。（2）量子傳感新場景據。這些進展為地質災害的早期預警和地下資源的精確定位提供了技術支持23。盡管量子傳感技術展現出廣泛的應用前景，現階段的研發仍然面臨諸多挑戰：一是量子態對環境極其敏感，如何提高環境適應性、降低退相干效應、避免失去量子效應是技術進一步成熟的關鍵；二是研發

24、及生產成本等問題限制了量子感知大規模商用進展。未來，量子傳感一方面將繼續推動基于相干性、糾纏性等其他量子理論的新型傳感器，另一方面，將在現有研究基礎上進一步發展高集成度的小型化設備，進一步降低成本并提升穩定性。圖13 量子傳感器面臨的適應性約束條件示意圖2414量子慣性導航系統為GPS不可用或信號受到干擾的環境提供了可靠的解決方案，基于量子陀螺儀和量子加速度計，精確測量設備的旋轉和加速度變化，在無需依賴外部衛星信號的情況下，提供連續、高精度的定位信息。與傳統的慣性導航系統相比，量子系統能夠更長時間維持精度，減少了由于漂移效應帶來的誤差累積問題25。無人機，潛艇和深海探測器也已經開始嘗試使用量子

25、慣性導航系統，以應對水下復雜環境下的導航需求。由于該系統能夠抵抗外界干擾并在極端條件下運行，它特別適合在GPS信號被屏蔽或干擾的環境中工作，例如戰時環境或偏遠地區26。這種量子導航技術的應用為未來的無人駕駛、軍事作戰、海洋探索等提供了重要技術保障。典型場景A：導航與定位遙感探測是量子傳感技術的重點應用方向之一，主要代表技術包括原子磁傳感器和原子重力儀，在地球磁場和重力場的高精度測繪、航空物探、磁異常和重力異常檢測中也發揮著重要作用。原子磁傳感器可以為本地和遠程傳感和測繪提供高性能磁場測量能力，如激光導星技術27，即通過向大氣中發射激光來創建人造導星。量子傳感器在基礎物理研究中的應用也愈發重要，

26、例如基于原子鐘的時間同步系統還支持超長基線干涉測量，從而實現如黑洞觀測等極限天文觀測能力。此外，量子傳感技術在諸多前沿物理探測領域，特別是在暗物質、暗能量及其他基礎物理實驗中逐步嶄露頭角28。典型場景B：遙感探測與基礎物理研究在生物醫學領域，量子傳感技術為非侵入式診斷和生物磁信號檢測帶來了革命性進展?；贜V色心的量子磁力儀能夠在常溫下實現對心臟和大腦磁場的精確測量，為心磁圖和腦磁圖檢測提供了更高的時間和空間分辨率，甚至可達典型場景C：醫學診斷15單個分子級別29。與傳統的醫學成像設備相比，量子磁力儀無需依賴超導磁體和冷卻設備，因此操作更加便捷，成本也得到了顯著降低3031。在腦磁圖領域，量子

27、磁力儀能夠檢測到神經元活動產生的微弱磁場信號，從而實現對大腦功能的實時監測，不僅可以用于診斷癲癇等神經系統疾病，還能夠幫助醫生在腦外科手術過程中精確定位功能區。16先進感知新材料柔性傳感觸覺傳感圖14 柔性傳感器的結構示意圖近年來，柔性傳感技術取得多項重要進展，主要體現在以下幾個方面：一是新型材料與結構的創新。隨著石墨烯33、碳納米管34、導電聚合物35、柔性導電油墨等新型材料，以及多層、多孔、多級、仿生表面微結構的廣泛應用，柔隨著智能可穿戴設備、柔性電子技術發展，對傳感器柔韌性、適應性和集成性提出更高要求，推動柔性傳感技術快速發展。柔性傳感技術利用柔性材料和微納加工技術，制造能在受力、形變、

28、溫度變化等刺激下產生可檢測電信號的傳感器。其工作原理基于材料的壓阻、電容、壓電等效應32。相較于傳統剛性傳感器，柔性傳感器具有更好的柔韌性、可穿戴性、輕量化和適應復雜表面的能力，易于集成和大規模生產。柔性傳感器在健康監測、智能服裝、機器人、環境監測等領域有廣泛應用，為智能化生活和工業自動化提供了關鍵技術支持。先進感知新材料2.4 柔性傳感（1）柔性傳感新技術17性傳感器在靈敏度、測量范圍、機械柔韌性和透明度方面均有較大進步，能夠適應更為復雜的工作環境。二是制造工藝技術的進步。微納加工技術的發展使得傳感器的尺寸和精度得到了極大地提升。通過精確控制材料的微觀結構，可以實現對傳感器性能的精細調控，提

29、高其靈敏度和響應速度。三是多功能集成與智能化。柔性傳感器正向多功能集成方向發展，能夠同時檢測多種物理或化學參數，如壓力、溫度、濕度、氣體濃度等。同時，結合智能算法，柔性傳感器能夠實現更復雜的數據處理和模式識別，提高了應用的智能化水平。四是生物兼容性與醫療健康監測。柔性傳感器在生物醫學領域的應用取得了顯著進展，特別是在可穿戴健康監測設備中，這些傳感器能夠與人體組織緊密結合，用于監測心率、血壓、血糖等生理參數，為遠程醫療和個性化醫療提供了可能。五是環境適應性與耐用性。柔性傳感器在極端環境下的穩定性和耐用性得到了提升，使其能夠在高溫、高壓、腐蝕性環境中工作，對于工業自動化、環境監測和軍事應用等領域具

30、有重要意義。柔性傳感技術面臨的難點主要包括提高傳感器的穩定性、可靠性和耐久性，提升在復雜和動態環境中的精確度，并降低制造成本。未來，柔性傳感將向著多功能集成和智能化方向發展，以便于能夠同時檢測多種物理和化學參數，并與智能系統結合，實現實時數據處理和模式識別。柔性傳感器將更廣泛地集成到智能服裝、智能家居和工業自動化系統中，實現更廣泛的萬物互聯。18柔性傳感技術通過提供靈活、舒適的感知交互方式，增強了設備的功能性和適應性，已廣泛應用于健康監測、智能穿戴、環境監測等領域。在醫療領域，它通過可穿戴設備實時監測生理參數，提高疾病預防和治療效率。在消費電子市場，柔性傳感器使設備更貼合用戶，提升用戶體驗。在

31、環境監測領域，柔性傳感器實現檢測污染物檢測，保護生態平衡。（2）柔性傳感新場景在慢性病管理中，柔性傳感技術通過健康監測手環和生物兼容性的電子皮膚等柔性可穿戴設備，提供長期的、不受限制的監測，實時跟蹤患者的生理參數，如心率、血壓和血糖水平，實現連續的健康監測，有效提高診斷準確性，使得個性化治療成為可能，以脈搏波檢測為例36。柔性脈搏傳感器能夠長期實時監測心血管狀態，它將脈搏跳動的壓力信號采集并轉換為電信號，經過放大和調理后，得到脈搏跳動的完整波形。通過微結構設計，如微毛結構，增強與不規則表皮的有效接觸，最大化信號放大作用，從而提高信噪比。與傳統的脈搏監測方法相比，柔性傳感器因其貼合性好、信號傳輸

32、無線化等特點，在不影響人體運動狀態下長時間采集心電數據，并實時傳輸至監護終端進行分析處理，大大提高了監測的便捷性和準確性。此外，柔性傳感器的高靈敏度和快速響應能力使其在監測心率變異性（HRV）等細微生理變化方面展現出優勢，這為個性化醫療和健康監測提供了強有力的技術支持，具有重要的臨床價值和廣泛的應用前景。典型場景A：醫療領域脈搏波監測19圖15 柔性傳感器應用在脈搏波監測柔性傳感技術極大地豐富了可穿戴設備的功能并提升了用戶體驗。通過集成柔性傳感器，智能手表、健康監測帶、智能服裝等設備能夠精確監測心率、步數、睡眠質量等生理參數和運動數據，為用戶提供實時健康反饋和運動指導37。柔性傳感器的輕量化和

33、定制化特點也使得智能穿戴設備設計更加多樣化，能夠更好地融入用戶的日常生活和時尚需求。此外，柔性傳感技術還擴展到了人機交互領域，使得智能穿戴設備能夠更準確地識別和響應用戶的手勢和動作，為用戶提供更加直觀和自然的交互體驗。這些改變不僅提高了智能穿戴設備的市場接受度，也為健康監測、運動科學、娛樂互動等領域帶來了新的發展機遇，創造了顯著的社會和經濟效益。典型場景B：智能穿戴領域柔性氣體、濕度和溫度傳感器能夠對空氣和水質污染進行實時監測，快速響應環境變化，其輕便和可變形特性能夠適應各種環境條件，包括狹小或難以到達的區域。柔性傳感器的低成本和易于部署特點，使得大規模監測網絡的建立成為可能，從而實現對環境數

34、據的廣泛收集。此外，柔性傳感器在農業中的應用也日典型場景C：環境監測領域20圖16 柔性傳感技術在智能穿戴領域中的應用觸覺傳感技術是模擬人類觸覺，基于壓阻、電容、壓電等效應，將機械刺激轉換為電信號，檢測接觸力、滑動、溫度等物理量，使機器人能夠理解和響應實體環境。觸覺傳感的優勢在于高空間分辨率、多模式感知和豐富的觸覺信息，提供比傳統傳感器更精細的感知能力。觸覺傳感技術有效提高機器人的靈巧性，提升機器人與人類互動的安全性和有效性，廣泛應用于醫療手術、工業裝配、服務機器人等領域。2.5 觸覺傳感（1）觸覺傳感新技術益增加，通過監測土壤濕度和營養成分，幫助實現精準灌溉和施肥，提高作物產量和農業可持續性

35、。在工業領域，柔性傳感器監測設備運行狀態，預測潛在的環境風險，減少資源浪費和污染排放?？傮w而言，柔性傳感技術在環境監測領域的應用提高了數據收集的精確度和響應速度，為環境保護和資源管理提供了強有力的技術支持，對推動可持續發展具有重要價值。21圖17 三維觸覺傳感器的結構示意圖38觸覺傳感技術在醫療領域的應用帶來重要的變化，尤其是在手術和康復治典型場景A：醫療領域臨床手術輔助觸覺傳感技術已廣泛應用于醫療手術、服務機器人、消費電子等領域。在醫療領域中，觸覺傳感器輔助進行微創手術，提高了手術的精確性和安全性。服務機器人通過觸覺反饋，提供更加人性化的交互體驗。在消費電子中，觸覺傳感技術增強了設備的用戶體

36、驗，如觸覺反饋游戲控制器。（2）觸覺傳感新場景觸覺傳感技術近年來主要進展包括以下幾個方面：一是材料創新。壓電材料、導電橡膠和納米材料等創新為觸覺傳感器提供了多樣化的檢測機制，增強了傳感器的性能和應用范圍。二是傳感器結構設計。隨著微電子機械系統（MEMS）技術的發展，觸覺傳感器結構設計變得更加精細和復雜。三是多模態傳感能力。新型觸覺傳感器不僅能夠檢測單一的力，還能夠同時檢測溫度、濕度和物體硬度等多種觸覺感知信息。四是自適應控制策略。自適應模糊控制等智能控制策略的應用，使得觸覺傳感器能夠根據實時反饋調整機器人的行為，提高了操作的靈活性和安全性。目前觸覺傳感技術面臨的難點主要包括提高傳感器的空間分辨

37、率和靈敏度，提升耐久性，增強柔韌性和可集成性，實現多模態傳感。未來發展趨勢指向了以下幾個方向：一是傳感器的材料和結構設計將更加精細化和多功能化，以實現更高的靈敏度和分辨率。二是多模態傳感技術的融合將使傳感器能夠同時檢測多種物理量，如力、溫度、濕度等。三是人工智能和機器學習的應用將提升傳感器的數據處理能力，使其更加智能化。四是觸覺傳感器的集成化和小型化將促進其在機器人、醫療設備、可穿戴設備等領域廣泛應用。22觸覺傳感技術在機器人靈巧手技術領域極大地提升了交互能力和任務執行的靈活性。通過模擬人類的觸覺，機器人能夠感知物體的質地、形狀和溫度等，實現更加精細的操作。觸覺反饋還增強了機器人的安全性，使其

38、在與人類互動時能夠更加溫和謹慎，減少了意外傷害的風險。隨著觸覺傳感技術的不斷進步，機器人將更加智能化，能夠更好地理解和適應人類的需求。典型場景B：機器人機器人靈巧手療方面。通過模擬人類的觸覺功能，觸覺傳感器使外科機器人能夠感知組織柔軟度和力度，實現更精準的手術操作。例如，科研人員基于高靈敏度的布拉格光柵（FBG）已經成功開發了一種與手術期間的磁共振系統和成像系統兼容的觸覺傳感器，有效集成了觸覺信息至機器人輔助微創手術中。這種技術使得醫生在操作機器人進行手術時，能夠獲得更高精確度和靈敏度的觸覺信息反饋，從而提高了手術的可靠性。與傳統技術相比，觸覺傳感技術的應用顯著提升了手術的精確性和安全性，減少

39、了手術過程中可能對軟組織造成的損傷，其價值在于能夠為醫生提供類似于直接接觸人體組織的感知能力，增強了手術過程中的交互性和可靠性，也解決了傳統微創手術中醫護人員可能暴露于放射線和整形外科危害的問題。觸覺傳感技術在醫療領域的應用不僅提高了手術的安全性和效率，也為患者提供了更加人性化的護理和康復支持，具有巨大的社會價值和經濟潛力。23圖18 觸覺傳感器在服務機器人領域的應用39觸覺傳感技術推動了人機交互方式的革新，通過模擬人類觸覺，它使設備能夠感知用戶的觸摸壓力和手勢，從而提供更為直觀和自然的交互體驗。例如，觸覺反饋技術被集成到智能手機和游戲控制器中，增強了用戶操作的沉浸感和真實感。觸覺傳感技術還促

40、進了可穿戴設備和智能家居的發展，使這些設備能夠更加智能地響應用戶的觸摸和接近動作。隨著技術的成熟和成本的降低，預計觸覺傳感技術將在未來的電子產品中得到更廣泛的應用，從而進一步推動消費電子市場的創新和發展。典型場景C：消費電子領域24圖19 觸覺傳感在消費電子領域的應用40先進感知新工藝激光直寫共形制造工藝智能微系統隨著航空航天、醫療健康等領域對傳感器需求的多樣化發展，傳統濺射工藝制造技術對新材質襯底適應能力不足、大面積制備與共形制備能力不足、設計驗證周期長等缺點逐漸顯露。尤其是空天高溫環境參數監測、人體健康監測等領域使用的高溫環境可共形傳感器，大面積柔性傳感器陣列，傳統傳感器缺乏有效的解決途徑

41、，亟需高適應性、高可靠度、大面積、可共形的傳感器制造技術，適應未來傳感器更高效費比、更強襯底適應性、更大制備區域的發展需求。激光直寫共形制造技術利用光刻、光（熱）固化、光化學反應原理實現電子材料的高效成形，能夠在粗糙、曲面襯底上快速地大面積制造敏感膜層，是開發極端環境傳感器、曲面共形傳感器、特種柔性傳感器、生物傳感器的優勢方法，在高速飛行器氣動參數原位測量、葉片、舵翼曲面參數獲取、醫用可穿戴傳感、低成本結構監測方面具有廣闊應用前景。近年來，激光直寫共形制造技術取得新進展涉及微機電、微能源、信息處理表面等領域。在3D打印領域，Nano Dimension公司通過光（熱）固化制備聚酰亞胺與納米銀兩

42、類材料，采用256噴頭陣列化噴墨打印，大大提高了制備效率，分辨率可達35微米，其陣列化與集成化思想彌補了單頭直寫效率不足的缺點，采用多層加工和柔性板技術彌補了共形加工能力缺失的不足。25先進感知新工藝2.6 激光直寫共形制造工藝（1）激光直寫共形制造新技術圖20 NanoDimension展示的平面換能器、三維集成電路、WiFi熱點圖21 Frauhofer直寫制備小批量壓電傳感元件并將分立的元件集成在擴音電路上圖22 Frauhofer在類鐵軌結構上直寫的開發的SenseTrAIn集成傳感器系統26Frauhofer激光技術研究所研發在支撐結構的表面逐層直寫絕緣介質材料與功能材料，然后采用激

43、光對其進行選擇性熔覆，最后再與成熟的電路板互聯，讓傳統的機械結構具有感知能力，用于火車門機構、初級和偏航阻尼器、輪對軸承蓋等鐵路部件的缺陷檢測。在高溫環境特種測量領域，MesoScribe公司研制在渦輪葉片等結構件表面制備溫度傳感器，采用等離子熱噴涂技術，將材料加熱至熔點并將其在高壓氣體的作用下噴射到襯底表面。等離子熱噴涂的理論溫度上限可達3000，該技術最大的優勢是可適應材料庫充裕，產品可耐高溫，例如氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿陶瓷和W、Pt、NiCr、Au、Ag、Cu等金屬，產品大多用于軍工、航天工業等。航空航天領域應用了大量的曲面耐高溫部件，例如整流罩、頭錐、飛行翼、控制舵面、渦輪葉片等，這些

44、曲面部件在迭代設計或實施控制過程中，需要溫度、熱流、應變等關鍵感知信息。傳統傳感器需要打孔安裝或者表貼安裝，導致或破壞結構完整性，或傳感信息失真。經典薄膜技術雖然能夠實現曲面傳感器的制備，但代價較大，耐高溫能力有限。而激光直寫共形制造高熱加工與可拓展加工的特性使其能在曲面耐高溫部件外表面直接制備溫度、熱流41、應變傳感器42，工作溫度可達 900以上，具有良好的耐高溫能力，在不久的未來，直寫耐高溫共形傳感器產品可廣泛用于空天裝備氣動參數原位測量。典型場景A：航空航天領域（2）激光直寫共形制造新場景27圖24 熱噴涂直寫制備的共形熱電偶、熱電堆、應變柵傳感器圖25 直寫耐高溫共形熱流傳感器（a/

45、b）與應變傳感器（c/d）圖23 熱噴涂直寫技術在曲面高溫合金表面沉積陶瓷后制備導線在醫療健康領域與仿生機器人領域，基于激光直寫共形制造工藝制造的柔性襯底的可拉伸變形特性使其能適應人體外表皮膚、衣物、仿生機械臂的柔性折疊或拉伸行為，同時具備溫度、壓力、剪切力、濕度、氣體、體液等多維感知能力4344。激光直寫通過激光化學法原位生成石墨烯或通過激光燒結原位固化金屬（Ag、Pt、Cu）或陶瓷（ZnO、SnO2、MoO2）基液相電子材料，實現多維信息傳感的能力，為實現觸覺/嗅覺等仿生傳感能力提供一種便捷的大面積制備技術。典型場景B：醫療健康領域圖26 激光直寫多維信息融合傳感器28隨著物聯網、微電子等

46、技術的飛速發展，終端設備正朝著微型化、高度集成、無源化及智能化方向不斷邁進，智能微系統技術在此背景下蓬勃興起。智能微系統通過先進封裝與加工工藝，將傳感器、處理器、通信組件及供能模塊等核心器件集成于微小物理空間內，具備信息的獲取、處理、通訊、執行以及能源供給等多種功能，顯著提升了系統的功能密度與效能45。智能微系統具備高集成度、低功耗、智能化的特點，在航空航天、工業制造、醫療健康、智慧城市等諸多應用領域均展現了巨大的應用價值。2.7 智能微系統（1）智能微系統新技術圖27 智能微系統典型架構近年來，智能微系統技術已取得了顯著的進展和突破。一是集成封裝技術方面，基于以三維/異質/異構集成為代表的先

47、進集成技術，以及以系統級封裝（SiP）、晶圓級封裝（WLP）和 TSV 為代表的先進集成封裝技術，將不同制造工藝制備的具有特定功能的芯片裸片（die），以拼裝“積木”的方式集成為異構的系統級芯片，突破單一單元的算力、存儲能力、功耗局限，極大降低了終端的成本和體積。二是傳感融合技術方面，基于微機電系統（MEMS）的傳感器，憑借其體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、成本低及性能穩定等優勢，已成為眾多領域的關鍵組件，由 MEMS 技術構建的壓力、陀螺儀、磁敏、加速度計、氣體傳感器等已取得廣泛應用。三是處理技術方面，智能微系統可利用的能量有限，低功耗成為芯片設計的核心考量。當前，低功耗 MCU 與傳感器

48、的功耗水平已降至微瓦（W）乃至納瓦（nW）級別，結合精簡的信息處理與電路設計，實現系統的低功耗處理運行。四是供能技術方面，智能微系統通過多源復合的能量收集、存儲與釋放機制，滿足其高效穩定的能源需求。太陽能、射頻能、熱能及動能是主要的能量來源，其中，射頻能因其分布廣泛且轉換器件簡單易得而備受關注，研究重點包括多天線技術、多頻段寬帶能量采集及數能同傳技術等46。五是通信技術方面，智能微系統普遍采用高效的無線通信技術實現信息通訊與數據傳輸，如 NB-IoT、Zigbee、LoRa、藍牙及 RFID 等。特別是 RFID 技術，通過反向散射機制反射射頻信號傳輸數據，與智能微系統的低功耗需求高度契合，已

49、在無源無線傳感網絡中展現出良好應用前景。智能微系統領域近年來已取得了諸多技術突破，但目前仍處于技術發展的初期階段，未來將向以下發展方向演進：一是多功能、高集成度。傳統由多個傳感器組成的模塊或整機將逐漸被高集成度的異質異構集成微系統所取代，智能微系統將具備多維感知能力，提升信息融合能力。二是低功耗、無源化。目前能源依賴性限制了智能微系統的部署范圍和功能性能，超低功耗傳感技術、無源傳感技術的突破將極大地拓寬智能傳感器的應用場景。29典型場景A：醫療健康領域智能藥丸30當前，智能微系統領域的科技創新與產品創新正處于蓬勃發展之中。在醫療健康、航空航天等多個關鍵領域，智能微系統展現出了巨大的應用價值。智

50、能藥丸是一種利用了智能微系統技術、能夠進入人體內部進行藥物傳輸、生理監測或醫學檢查的智能微型裝置。在藥物釋放控制方面，智能藥丸集成微型傳感器、微處理器和微型泵等技術，根據體內環境的實時變化（如pH值、溫度、壓力等）來觸發藥物的釋放，實現體內的精準給藥，從而提高藥物的生物利用度和治療效果。在體內成像方面，通過將智能藥丸集成微型成像設備，跟隨胃腸肌肉的運動而在體內進行實時成像和傳輸，有助于醫生對消化道疾病進行更準確的診斷。在生理監測方面，通過智能微系統技術將超低功耗處理、無線傳輸技術與葡萄糖動力燃料電池、電化學傳感相結合，形成具備能量收集、生物傳感和無線遙測功能的智能藥丸，幫助患者無痛、便捷地監測

51、胃腸道健康狀況。（2）智能微系統新場景圖28 智能藥丸內部構造31典型場景B：航空航天領域微納衛星圖29 微納衛星應用微納衛星通常是指質量在1kg100kg以內，具有實際使用功能的衛星。微納衛星對功能密度要求極高，這與智能微系統的特性相匹配，因此智能微系統技術在微納衛星領域的應用正逐漸成為研究和應用熱點。相對傳統衛星，微納衛星具有尺寸小、重量輕、開發周期短、研制成本低、技術更新快、靈活機動性好、生存能力強等優勢，在地質勘探、環境與災害監測、交通運輸、氣象服務、新技術試驗、航天工程教育等方面應用前景廣闊，也是各國航天裝備體系建設的重要方向之一1。我國率先開展了微納航天器的技術創新與工程實踐，首次

52、將三軸穩定方式用于25kg以下的微小衛星。成功研制并運行了國內第一顆納型衛星NS-1衛星，也是當時世界上在軌飛行的最小“輪控三軸穩定衛星”。2015年研制并發射了NS-2（10公斤量級）MEMS技術試驗衛星，成功開展了基于MEMS的空間微型化器組件試驗研究。目前，如MEMS磁敏感器、MIMU慣性微系統、MEMS太陽敏感器、納/皮型星敏感器等空間智能微系統，已用于微納衛星的姿態控制和軌道測量，取得了良好的應用效果。先進感知新算法腦電傳感算法光纖傳感算法隨著醫學領域對大腦工作機制的深入研究，以及人們對腦機交互需求的日益增長，腦電傳感算法成為獲取并解析大腦活動的關鍵手段。腦電傳感算法獲取大腦神經元活

53、動產生的微弱電位變化（即腦電信號），進行特征提取和模式識別，實現對個體思維、情緒等腦內活動的解讀。腦電傳感算法時域分辨率及靈敏度高，能夠實時記錄、解碼和分析大腦活動，直觀可靠地反映大腦的狀態變化，在醫療、娛樂和教育等場景具有廣泛而深遠的應用價值。近年來，腦電傳感算法取得了顯著進展。一是算法精度不斷提高。研究者們引入共空間模式（CSP）、黎曼幾何和溯源分析等方法，有效提取腦電信號時域、頻域和空域特征，提高識別準確性。此外，隨著人工智能和大數據技術的蓬勃發展，循環神經網絡（RNN）、卷積神經網絡（CNN）和圖卷積神經網絡（GCN）等前沿AI模型被融入腦電傳感算法之中，AI模型對腦電特征進行自動學習

54、與深度挖掘，極大提升數據分析的度與效率。二是算法實時性不斷增強。研究者們設計了輕量級卷積神經網絡EEGNet32先進感知新算法2.8 腦電傳感算法（1）腦電傳感算法新技術圖30 腦電傳感算法基本原理33提升算法速度。LPEEGNet47進一步優化，減少了計算量和內存訪問操作，提高了吞吐量，降低了FPGA帶寬限制造成的性能損失。得益于高性能計算技術和優化算法的不斷革新，腦電傳感算法能夠實現近乎實時處理反饋，促進了腦電傳感技術在緊急醫療監測、運動控制等領域的廣泛應用。三是腦電與其他生理數據的多模態融合傳感。由于大腦神經活動的復雜性，單一模態生理數據所能揭示的信息相對有限。近年來，研究者們將腦電數據

55、與其他生理數據相結合，如眼動追蹤、面部表情、語音信號等，綜合分析大腦活動狀態。盡管腦電傳感算法取得了顯著進展，但仍面臨一些難點。一是腦電傳感算法的魯棒性有待提升。腦電信號處于微伏數量級，無論是電子設備的電磁干擾，還是人體自身產生的其他電信號，都可能導致腦電數據失真，從而降低腦電傳感算法的識別精度。二是腦電傳感算法的泛化性不足。每個人的大腦結構都是獨一無二的，這種獨特性在腦電信號上得到了充分體現，不同個體的腦電信號在波形特征和信號強度上存在區別，對腦電傳感算法的泛化性提出了更高要求。三是腦電傳感算法的隱私性和安全性面臨挑戰。腦電信號作為人類思維活動的直接生理反映，承載著高度的私密性，如何防止腦電

56、數據泄露或被惡意利用，成為了社會關注的問題。雖然腦電傳感面臨上述困難，但其未來的發展依舊充滿潛力，通過更加智能和高效的AI算法，有望克服腦電信號的復雜性和個體差異性，對腦電信號進行更加精準和深入的解讀。同時，隨著網絡安全技術和相關法律法規的不斷完善，腦電信號的隱私保護也將得到更加堅實的保障。腦電傳感算法在醫療、娛樂及教育等多個場景展現出廣闊的應用前景。醫療場景中，腦電傳感算法可以輔助疾病診斷與康復治療；娛樂場景中，腦電傳感算法可以實現腦控游戲角色，提供沉浸式體驗；教育場景中，腦電傳感算法實時監測學生學習狀態，實現個性化教學。這些新場景的應用不僅提高了工作（2）腦電傳感算法新場景34圖31 高位

57、截癱患者用“意念”吃油條圖32 具有腦電傳感功能的AR/VR頭顯Galea效率和用戶體驗，還推動了相關產業的創新和發展。典型場景A：醫療領域神經疾病診斷與康復治療腦電傳感算法通過分析患者腦電波數據，識別出大腦活動的異常模式。相比于傳統的醫療診斷方法，提供了更直接、更客觀的腦部狀態監測手段，不僅提高了診斷的效率，還為個性化治療方案提供了數據支持。隨著腦電傳感算法精度及實時性的提升，腦部疾病的診斷和典型場景B：娛樂領域腦控游戲腦電傳感算法通過捕捉和分析玩家的腦電信號，游戲系統能夠響應玩家的意念，實現自然流暢的游戲控制，并根據玩家的情緒反應調整游戲難度和劇情走向，創造個性化的游戲體驗。腦電傳感算法精

58、度及實時性的顯著提升，使游戲角色動作能夠精確且迅速地響應玩家的思維指令，有效解決原先游戲角色動作與玩家思維不同步的問題。在虛擬現實（VR）和增強現實（AR）應用中，腦電傳感算法實時監測用戶的情緒反應和注意力水平，動態調整虛擬環境中的視覺和聽覺刺激，確保用戶能夠舒適地享受虛擬體驗，避免疲勞和不適感。腦電傳感算法的應用，不僅豐富了娛樂形式，也促進了娛樂產業的創新和升級。治療更加精準和可靠。例如，在癲癇的治療中，腦電傳感算法可以精準定位病灶，為手術或藥物治療提供精確指導，減少不必要的藥物使用和手術風險。此外，腦電傳感算法還應用于腦機接口（BCI）技術，通過解碼腦電信號識別患者的意圖，轉化為外部設備的

59、控制指令，如機械臂、輪椅甚至電腦光標等，幫助癱瘓患者重新獲得運動能力48，不僅極大地改善了癱瘓患者的生活質量，也為神經科學、康復醫學等領域的研究開辟了新的方向。2.9 光纖傳感算法（1）光纖傳感新技術35圖33 學生課堂注意力實時監測典型場景C：教育領域教學效果評估腦電傳感算法監測學生大腦活動，評估學生的專注度和疲勞程度，幫助教師判斷學生能否跟上教學節奏，是否需要調整教學策略49。得益于腦電傳感算法精度及實時性的提升，教師能夠在課堂上實時獲得學生狀態反饋，從而有效增強課堂教學的效率與質量。此外，通過腦電傳感算法對腦電信號的準確分析，能夠識別學生的學習障礙，如閱讀障礙、數學焦慮等，為教師提供有針

60、對性的干預建議。腦電傳感算法在教育場景的應用，為學生提供了更加符合其學習特點的教育資源，促進了教育的智能化和個性化發展。光纖傳感技術是利用光纖作為傳感介質，通過探測光信號變化來檢測物理量的一種技術。該技術具有抗電磁干擾、高靈敏度、高可靠性、遠傳輸距離和易組網等優勢，特別適用于極端條件下的參數測量和惡劣環境下的在線監測。同時，對光纖傳感算法的研究可以更好的實現高精度定位監測以處理復雜的應用場景。在重大基礎設施建設、大型工程、裝備健康監測等領域，光纖傳感技術因其獨特優勢發揮著關鍵作用，對于提升工程安全性和可靠性具有重要應用價值50。圖34 光纖傳感技術的應用（2）光纖傳感新場景36近年來，光纖傳感

61、技術取得了顯著的發展和進步，主要體現在以下幾個方面：一是傳感器類型的多樣化。隨著布拉格光纖光柵（FBG）傳感器、長周期光纖光柵（LPFG）傳感器和光纖布里淵傳感器等新型光纖傳感器的不斷開發，光纖傳感技術應用領域得到了極大擴展。二是傳感網絡的智能化。通過集成先進的信號處理算法和人工智能技術，光纖傳感網絡能夠實現更加智能化的數據采集、處理和分析，提高了監測的準確性和實時性。三是監測距離和容量的增加。新一代光纖傳感網絡能夠承載更多傳感器，實現長達幾十甚至上百千米的大容量、長距離監測，滿足了高速鐵路、高速公路等大型基礎設施的監測需求。四是多參數監測能力的提升。光纖傳感技術已經能夠同時監測多種物理量，如

62、溫度、壓力、振動和應變等，為結構健康監測和環境監測提供了更為全面的解決方案。五是抗干擾性能的增強。新型光纖傳感器在設計上更加注重抗電磁干擾能力，使得光纖傳感系統在復雜的電磁環境中依然能夠穩定工作。雖已取得顯著進展，但光纖傳感技術仍面臨一些挑戰和難點。一是光纖傳感器的長期穩定性和可靠性仍需提升，尤其是在惡劣環境下的應用。二是光纖傳感系統的集成度和小型化仍待攻關，這涉及到傳感器的制造成本和部署便利性。三是光纖傳感數據的解調技術復雜，需要更先進的信號處理算法來提高數據的準確性和實時性。在未來，光纖傳感技術將更加智能化和網絡化，通過采用先進的數據處理技術，實現更精準的監測和分析。同時，隨著新材料和制造

63、技術的進步，光纖傳感器的性能將得到進一步提升，成本也將降低。光纖傳感技術已廣泛應用于交通、能源、環境監測等多個關鍵領域。在智慧交通領域，它通過實時監測道路狀況和交通流量，顯著提升了道路安全性和運營圖35 光纖傳感技術在智慧交通領域的應用51典型場景A：智慧交通光纖傳感技術在智慧交通領域的應用帶來了交通監測和管理模式的變革。當車輛、行人等目標在光纖附近移動時，產生的振動使光纖產生形變，改變其物理性質，從而可以通過后向散射光的變化在終端檢測并分析出振動信號的強度，建立起目標與時間的分布式信息。該技術能有效利用現有的道路側通信光纖，避免了額外的安裝和維護成本，從而實現了成本的顯著降低。同時，與智能分

64、析算法結合，預測交通趨勢，優化交通流量分配，減少擁堵，提高道路使用效率，預防和減少由路面損壞或結構損傷引發的交通事故。在極端天氣條件下，光纖傳感器的抗干擾能力保證了監測數據的穩定性和可靠性，進一步提升了交通安全。同時，這些數據也可以為城市規劃和交通政策制定提供科學依據，促進城市交通系統的可持續發展。37效率。智慧管線應用中，光纖傳感技術實現了對油氣管道的連續監測，有效預防了泄漏和第三方破壞，保障了能源供應的安全。在環境監測方面，它能夠對地震、海嘯等自然災害進行預警，減少災害帶來的損失。圖36 光纖傳感技術在智慧管線領域的應用52典型場景B：智慧管線管理光纖傳感技術通過分布式溫度傳感（DTS）和

65、分布式聲音傳感（DAS）技術，實現了對長距離海底電纜埋深狀態的實時監測，連續在線測量整根電纜發出的聲音和應力變化，以及外部的擾動，為故障檢測和預防提供了強有力的數據支撐，極大地提高了管線的運行安全性和管理效率。其高靈敏度和高分辨率的特性，使得對環境變化的探測更為精確，能夠快速響應微小的環境波動。此外，光纖傳感器的抗電磁干擾能力強，耐腐蝕，可以在惡劣的環境下穩定工作，適用于多種環境監測場景。典型場景C：環境監測領域在災害預警、污染源追蹤、生態保護等方面，光纖傳感技術展現出巨大的潛力和價值。在監測水質變化過程時，水中溶解物質的增加會導致水的折射率發生變化，通過光纖傳感技術能夠檢測到這些折射率的變化

66、，因為光在光纖中的傳播速度和路徑會受到周圍介質折射率的影響，這樣可以及時發現污染并采取措施，保護生態環境。在地質災害監測中，利用分布式光纖傳感技術（如分布式溫度傳感（DTS）和分布式聲波傳感（DAS），可以監測地殼的微小變動和應力變化，從而提供地震預警。通過分析光纖傳感器檢測到的地面振動和溫度變化，可以識別地震活動的前兆，提前發出預警。38“萬物智聯，感知為先”，隨著數字經濟蓬勃發展，感知作為底層數據來源及核心技術支撐，近年來實現快速發展，通過對機理、材料、工藝和算法等四個方面的技術創新，感知設備將實現更大范圍和更高精度的信息采集。在感知新機理方面，無源感知、通感一體和量子傳感基于感知機制創新

67、，在城市基礎設施管理、低空經濟、航空航天等領域應用前景廣闊。在感知新材料方面，柔性傳感和觸覺傳感以新型柔性材料作為傳感器敏感材料，持續賦能機器人靈巧手等新業務場景。在感知新工藝方面，激光直寫共形制造技術能夠在粗糙、曲面襯底上快速地大面積制造敏感膜層，是開發極端環境傳感器、曲面共形傳感器、特種柔性傳感器、生物傳感器的優勢方法；智能微系統以MEMS工藝為基礎，實現傳感器件小型化、集成化、低功耗和低成本。在感知新算法方面，光纖傳感和腦電傳感基于算法創新實現感知能力拓展和性能提升。未來，先進感知技術將向著“感-通-算-智”一體融合的方向持續發展，呈現出微型化、集成化、無線化、智能化演進趨勢，滿足生活、

68、生產和社會領域對感知能力的深度需求。微型化使得同體積下傳感設備可以容納更多器件和能力，釋放更多空間，能夠部署在更復雜和微小的環境中。集成化支撐感知設備能力集成升級，便于獲取多元化感知數據，并從單一功能形態向具備傳感、通信、計算、存儲、執行等多元化功能的智能終端發展。無線化有利于感知設備的柔性、快速部署，增強設備移動性并減少線纜占用空間。智能化賦予感知設備端側自校準、自喚醒、數據處理等智慧能力，實現端側智能，提升感知的精度、效率和穩定性。白皮書面向先進感知前沿技術發展趨勢，圍繞傳感前沿技術的新機理、新材料、新工藝和新算法，選取代表性技術，解讀技術發展趨勢，分析近年來重要進展，梳理典型應用場景。隨

69、著萬物智聯時代的逐步到來，感知作為底層數據來源及核心技術支撐，有望迎來爆發式技術突破及市場增長，相關產業值得持續關注?？偨Y及展望39縮略語列表40縮略語6G3GPPITUUAVHRVMEMSFBGCSPSIPWLPTSVMEMSRNNCNNGCNEEGNetLPEEGNetFPGAAIBCIVRARLPFG第六代移動通信系統第三代合作伙伴計劃國際電信聯盟無人機心率變異性微電子機械系統布拉格光柵共空間模式系統級封裝晶圓級封裝硅穿孔微機電系統循環神經網絡卷積神經網絡圖卷積網絡現場可編程門陣列人工智能腦機接口虛擬現實增強現實長周期光纖光柵基于腦電圖的腦機接口緊湊型卷積網絡基于腦電圖的腦機接口緊湊型卷

70、積網絡低功耗處理器編號1234567891011121314151617181920212223The sixth generation mobilecommunication systemsA Compact Convolutional Network forEEG-based Brain-Computer InterfacesThird Generation Partnership ProjectInternational Telecommunication UnionUnmanned Aerial Vehicle DronesHeart Rate VariabilityMicro-Ele

71、ctro-Mechanical SystemFiber Bragg GratingCommon Spatial PatternSystem In PackageWafer Level PackageThrough Silicon ViaMicro-Electro-Mechanical SystemRecurrent Neural NetworkConvolutional Neural NetworkGraph Convolutional NetworkLow-Power EEGNetField Programmable Gate ArrayArtificial IntelligenceBrai

72、n Computer InterfaceVirtual RealityAugmented RealityLong-Period Fiber Grating英文全名中文解釋參考文獻41Zhang,P.,Wang,W.,&Zhang,K.(2021).“Passive Wireless Sensing:From RFID to Emerging Applications.”IEEE Communications Surveys&Tutorials.1 Zhang B,Li M,Xie X,et al.Rc6d:An rfid and cv fusion system for real-time 6

73、d object pose estimationC/IEEE INFOCOM 2022-IEEE Conference on Computer Communications.IEEE,2022:690-699.2Zhang B,Li M,Xie X,et al.Rc6d:An rfid and cv fusion system for real-time 6d object pose estimationC/IEEE INFOCOM 2022-IEEE Conference on Computer Communications.IEEE,2022:690-699.3Chen Y,Yu J,Ch

74、en Y,et al.RFSpy:Eavesdropping on Online Conver-sations with Out-of-Vocabulary Words by Sensing Metal Coil Vibra-tion of Headsets Leveraging RFIDC/Proceedings of the 22nd Annual International Conference on Mobile Systems,Applications and Services.2024:169-182.4Zhao C,Li Z,Ding H,et al.Rf-wise:Pushin

75、g the limit of rfid-based sensingC/IEEE INFOCOM 2022-IEEE Conference on Computer Communications.IEEE,2022:1779-1788.5 Li J,Li A,Han D,et al.Rcid:Fingerprinting passive rfid tags via wide-band backscatterC/IEEE INFOCOM 2022-IEEE Conference on Com-puter Communications.IEEE,2022:700-709.6Wang G,Han L,C

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77、ngs of the ACM on Interactive,Mobile,Wearable and Ubiquitous Technologies,2023,7(3):1-20.8Wang C,Xie L,Zhang K,et al.Spin-antenna:3D motion tracking for tag array labeled objects via spinning antennaC/IEEE INFOCOM 2019-IEEE Conference on Computer Communications.IEEE,2019:1-9.9Lin,Yuancan,Lei Xie,Chu

78、yu Wang,Yanling Bu,and Sanglu Lu.Dropmonitor:Millimeter-level sensing for RFID-based infusion drip rate monitoring.Proceedings of the ACM on Interactive,Mobile,Wearable and Ubiquitous Technologies 5,no.2(2021):1-22.1042Liu F,Cui Y,Masouros C,et al.Integrated sensing and communica-tions:Toward dual-f

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89、ed CMOS on LTCC interposerJ.Sensors,2017,17(11):2451.38Shimonomura K,Nakashima H,Nozu K.Robotic grasp control with high-resolution combined tactile and proximity sensingC.2016 IEEE International Conference on Robotics and automation(ICRA),2016:138-143.39Xu Jingsui,Pan Xueting,et al.Buckling-inspired

90、 triboelectric sensor for multifunctional sensing of soft robotics and wearable devicesJ.Nano Energy,2024,130.4044Lida XU,Xiong ZHOU,Yong HUANG,et.Design and fabrication of metal spherical conformal thin film multisensor for high-tempera-ture environmentJ,202441Guochun Chen,Fuxin Zhao,Yingjun Zeng,e

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93、rfaces,Microelectronics Journal,Volume 145,2024,106134,ISSN 1879-2391,https:/doi.org/10.1016/j.me-jo.2024.106134.47沈思怡.這頂“帽子”改善癱瘓病人運動能力 N.解放日報,2024-07-15(002).DOI:10.28410/ki.njfrb.2024.003094.48梁沐晗.基于腦電信號的學生課堂注意力評價研究 D.海南師范大學,2023.DOI:10.27719/ki.ghnsf.2023.000590.49Peng Z Q,Jian J N,Wen H Q,et al.Distributed fiber sensor and ma-chine learning data analytics for pipeline protection against extrin-sic intrusions and intrinsic corrosionsJ.Optics Express,2020,28(19):27277-2